張家壩州河大橋初步設(shè)計(jì)方案比選

戚志河，陳玉剛，石少華，宋隨弟

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

1 設(shè)計(jì)概要

張家壩州河大橋位于四川省達(dá)州市通川區(qū)北外鎮(zhèn)張家壩片區(qū)，該片區(qū)位于達(dá)州城區(qū)東北部，地處明月江、州河兩江之濱，自然環(huán)境優(yōu)美，東鄰達(dá)渝高速，西至州河，北到達(dá)渝高速彩虹橋，南依明月江，規(guī)劃面積1.77 km2，規(guī)劃總?cè)丝?.7萬(wàn)人。根據(jù)《達(dá)州市張家壩片區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》，建成后的張家壩將是一個(gè)集精品居住、旅游觀光休閑、特色商貿(mào)等功能于一體的城市上游高尚社區(qū)。州河大橋是連接片區(qū)與外界的重要通道和控制節(jié)點(diǎn)，也是州河濱河景觀項(xiàng)目中的重要環(huán)節(jié)之一。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

(1)道路等級(jí):城市主干道。

(2)橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度:22 m。

(3)設(shè)計(jì)荷載:城市－ A 級(jí)，人群荷載按《城市橋梁荷載設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》規(guī)定取值。

(4)計(jì)算行車速度:40 km/ h。

(5)通航等級(jí):航道等級(jí)為Ⅶ。

(6)設(shè)計(jì)洪水頻率:100年一遇。

(7)地震烈度:本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震烈度為Ⅵ度，橋梁進(jìn)行Ⅶ級(jí)抗震設(shè)防。

(8)橋面橫坡:2.0% 人字坡。

3 橋位概況

3.1 地形地貌

場(chǎng)地處于低山丘陵河谷地貌區(qū)，整體地勢(shì)東高西低、北高南低。場(chǎng)區(qū)高程260～336 m，最大高差76 m。場(chǎng)區(qū)微地貌為州河河流一級(jí)階地，位于場(chǎng)區(qū)西側(cè)，總體地勢(shì)較平坦，場(chǎng)內(nèi)高差約9 m，與州河河床高差約15 m，被用于耕種成蔬菜基地;一級(jí)階地外斜坡植被較發(fā)育，坡度集中在10°～40°之間;下伏紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，上伏第四系粉質(zhì)粘土、碎塊石土和卵石層、砂層組成，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，坡體較穩(wěn)定。

3.2 河段特征及水文情況

州河是達(dá)州市境內(nèi)流域面積最大的一條河流，它起源于大巴山南麓的宣漢縣、萬(wàn)源市境內(nèi)，經(jīng)通達(dá)州市，于渠縣三匯鎮(zhèn)與巴河匯合注入渠江。州河在達(dá)縣境內(nèi)長(zhǎng)約50 km，從南外鎮(zhèn)、河市鎮(zhèn)、新興、金埡、申家、渡市、木頭等鄉(xiāng)流過(guò)，金盤子航電樞紐工程竣工后，總庫(kù)容達(dá)到1×108m3，可通行500 t 級(jí)以下的客貨輪船。

橋位處水面寬約120 m，航道等級(jí)為Ⅶ級(jí)。州河右岸為G210 國(guó)道，接入位置G210 國(guó)道路面高程為293.5 m，較州河百年一遇水位(287.0 m)高約5.0 m;左岸為張家壩片區(qū)，壩區(qū)高程為284.0 m，較百年一遇水位低。

4 方案介紹

根據(jù)通川區(qū)城區(qū)規(guī)劃及達(dá)州市要求，本橋?yàn)閺埣覊纹瑓^(qū)的快速交通通道和城市建筑景觀工程，應(yīng)能體現(xiàn)片區(qū)建設(shè)的歷史、文化、經(jīng)濟(jì)、時(shí)代、發(fā)展、開拓、進(jìn)取、突破、魄力精神，橋梁方案應(yīng)能滿足城市道橋交通功能、城市建筑景觀功能、片區(qū)建設(shè)通道功能的要求，作為區(qū)域標(biāo)志性建筑，重點(diǎn)考慮造型美觀及環(huán)境景觀要求，在兼顧經(jīng)濟(jì)合理，施工方便的基礎(chǔ)上，力求創(chuàng)新和突破。

根據(jù)以上要求，結(jié)合達(dá)州市通川區(qū)張家壩州河大橋工程可行性研究報(bào)告，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，本次初步設(shè)計(jì)，選擇以下三個(gè)主橋方案進(jìn)行比較。

4.1 方案一

主橋采用158+50 m 無(wú)背索獨(dú)塔斜拉橋(圖1)。

本方案橋型新穎獨(dú)特，宏偉美觀，橋上視野寬闊，與周圍自然環(huán)境、周圍城市建筑協(xié)調(diào)，具有時(shí)代氣息。利用反差的設(shè)計(jì)手法，原本平淡的景色，突增雄偉壯觀之勢(shì)，成為矚目的景觀中心，產(chǎn)生象征性的作用和效果，給人以永難忘懷的印象。

圖1 方案一鳥瞰效果圖

該方案跨徑組合(158+59)m，橋面寬26 m。主跨采用鋼梁，輔跨采用混凝土梁，梁高3.03 m，主跨鋼主梁為整體式箱形斷面，鋼箱梁采用全焊形式，由中部閉合箱與兩邊懸臂組成，鋼箱梁節(jié)段長(zhǎng)度3.5 m，輔跨混凝土箱梁外形與鋼箱梁保持一致，設(shè)計(jì)為單箱四室斷面。鋼梁－混凝土梁結(jié)合段位于主跨側(cè)離主墩中心21.5 m 的無(wú)索區(qū)(主梁彎矩較小)位置。為了平衡梁的重量，塔身采用實(shí)心截面，索塔豎直高度86 m，在立面上，在距橋面15 m 高度到塔頂范圍內(nèi)塔身截面高度6～9 m 線性變化，索塔中線與水平面夾角60°。斜拉索為單索面雙排索，橫向間距150 cm，布置在中央分隔帶處，順橋向標(biāo)準(zhǔn)索距為10.5 m，縱向拉索布置為豎琴式，共12 對(duì)斜拉索，斜拉索的水平夾角為23°，采用7 高強(qiáng)度低松弛鍍鋅PE熱擠壓成品高強(qiáng)平行鋼絲及相應(yīng)的冷鑄墩頭錨具，斜拉索在主梁上的錨固采用柱式錨箱連接。

下部結(jié)構(gòu)主墩順橋向呈倒V 型，在橋面下約5.5 m 處墩身分成兩肢，前肢截面高7.5 m，與地面夾角58.93°，后肢截面高7.5 m，與地面夾角88°，后肢與上部塔身的轉(zhuǎn)折以半徑120 m 圓弧線過(guò)渡。主墩橫橋向頂寬6.5 m，底寬9.5 m，按直線漸變過(guò)渡。橋墩截面采用實(shí)心截面。主墩的承臺(tái)平面尺寸為34 m×16 m，承臺(tái)高度6 m，基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，采用18根直徑為2.5 m 的鉆孔樁。

主墩樁基采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰澆筑，混凝土由岸上泵送。主墩基礎(chǔ)施工完成后，先搭設(shè)支架澆筑倒V 型墩和主橋幅跨及主跨靠索塔處預(yù)應(yīng)力混凝土主梁，然后在邊跨橋面上搭設(shè)支架施工橋面10 m 以上高度索塔。10 m 以上部分采用勁性骨架結(jié)合爬模分兩段施工，第一段施工到橋面以上25 m 處，以后逐段現(xiàn)澆施工。鋼箱梁在工廠分節(jié)段加工，通過(guò)公路到現(xiàn)場(chǎng)后，采用橋面吊機(jī)吊裝就位，再焊接成整體，同時(shí)采用鷹架安裝并張拉相應(yīng)索塔范圍內(nèi)的斜拉索，主梁安裝完畢后進(jìn)行第二次張拉斜拉索，并調(diào)整到理想的合理索力狀態(tài)。

4.2 方案二

主橋采用150 m 鋼筋混凝土中承式箱形肋拱橋(圖2)。

150 m 鋼筋混凝土中承式箱形肋拱橋外型美觀、造型新穎獨(dú)特，采用一跨跨越州河河面，線形更顯空透、明快、簡(jiǎn)潔。但在達(dá)州城區(qū)，州河上已有多座拱式橋梁，結(jié)構(gòu)重復(fù)，雖外觀有所不同，但仍缺乏突破，拱肋的獨(dú)特造型也導(dǎo)致施工難度較大。選擇150 m 鋼筋混凝土中承式箱形肋拱橋作為比較方案一。

圖2 方案二鳥瞰效果圖

該橋型采用跨徑為150 m 的鋼筋混凝土中承式箱形雙肋拱，雙肋呈提籃式，橫向設(shè)鋼筋混凝土橫梁，主拱采用懸鏈線拱軸線，矢跨比為1/4，主拱截面采用鋼筋混凝土箱形肋，截面尺寸為2.8 m×3.6 m;橫撐采用混凝土薄殼式橫撐，中間設(shè)6個(gè)橢圓型開孔;橋面系采用次縱梁和主橫梁組成格子梁體系，上鋪π 形橋面板;吊桿間距8 m，吊桿材料采用平行鋼絲束。

下部結(jié)構(gòu)采用實(shí)體拱座，明挖基礎(chǔ)，基礎(chǔ)置于中風(fēng)化砂巖，通過(guò)實(shí)體拱座和基礎(chǔ)將主拱推力傳遞到巖石地基;拱上立柱采用雙柱式矩形混凝土立柱。

主拱圈的基礎(chǔ)及拱座采用明挖施工，鋼筋混凝土箱形肋拱采用勁性骨架施工，將勁性骨架分成五段，進(jìn)行纜索吊裝施工，形成勁性骨架拱，然后對(duì)稱往鋼管內(nèi)灌注混凝土，再以勁性骨架拱為依托，對(duì)稱分段澆筑拱圈混凝土和拱間連接桿件混凝土。待拱圈合龍后，安裝吊桿，吊裝橫梁，搭設(shè)橋面板，最后完成橋面附屬設(shè)施的施工。

4.3 方案三

主橋采用(49+106+63)m 連續(xù)剛構(gòu)橋(圖3)。

(49+106+63)m 連續(xù)剛構(gòu)橋橋型較為普通，與下游正在實(shí)施的達(dá)萬(wàn)鐵路橋(距本橋約1.2 km)的橋型重復(fù)，兩個(gè)主墩均位于主河床中，梁高較大，橋梁縱坡大，對(duì)城區(qū)道路規(guī)劃影響大，與建成后成為區(qū)域性標(biāo)志建筑的目標(biāo)不一致，但是該方案造價(jià)較低，施工工藝成熟，施工周期較短。

該橋型跨徑組合(49+106+63)m，上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室混凝土箱梁，橋梁全寬22 m，底板寬14 m，懸臂寬4 m，根部梁高6.5 m，跨中梁高2.8 m，采用三向預(yù)應(yīng)力體系，即設(shè)縱向預(yù)應(yīng)力鋼束、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束和豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。

圖3 方案三鳥瞰效果圖

下部結(jié)構(gòu)采用雙肢薄壁墩，群樁基礎(chǔ)，單肢橋墩尺寸為14 m×1.2 m，間距5.8 m，承臺(tái)平面尺寸為22 m×9.2 m，承臺(tái)高4.0 m，采用8 根直徑2.2 m 的群樁基礎(chǔ)。

橋梁施工采用懸臂法施工?；A(chǔ)施工完成后，爬模施工薄壁橋墩，再托架施工橋墩頂?shù)?號(hào)塊主梁，張拉0號(hào)塊主梁預(yù)應(yīng)力鋼束，待0號(hào)塊主梁施工完成后，安裝掛藍(lán)，分節(jié)段懸臂澆筑主梁混凝土，張拉每個(gè)節(jié)段的三向預(yù)應(yīng)力鋼束，最后采用滿堂支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑端頭塊，按先合龍中跨，后合龍邊跨的順序完成主梁合龍。

4.4 方案比較

3個(gè)方案的比較見表1。

表1 橋梁方案比較表

方案一主橋跨過(guò)主河道，視野開闊，造型新穎，構(gòu)思獨(dú)特，橋塔高聳雄偉，有氣勢(shì)，力量感強(qiáng)，寓意深刻，能很好地賦予開發(fā)區(qū)建設(shè)和開拓的新時(shí)期含義，景觀性強(qiáng)，建成后可作為標(biāo)志性建筑，符合達(dá)州市政府對(duì)張家壩開發(fā)區(qū)規(guī)劃以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，具有較大的社會(huì)效益，作為推薦方案。

方案二主橋跨過(guò)主河道，視野開闊，結(jié)構(gòu)外型美觀，造型新穎，空透、明快、簡(jiǎn)潔，寓意深刻，水中基礎(chǔ)施工，與州河上既有多座橋梁結(jié)構(gòu)重復(fù)，雖外觀有所不同，但仍缺乏突破，且拱獨(dú)特的造型導(dǎo)致施工難度增大，不予推薦。

方案三主橋跨越河道，外形簡(jiǎn)潔，線形流暢，施工容易，工期最短，造價(jià)最低，水中基礎(chǔ)施工量大，雖可通過(guò)墩型及橋上建筑造型進(jìn)行景觀設(shè)置，但景觀性一般，且結(jié)構(gòu)形式比較普通，州河上同類型橋梁已有多座，不予推薦。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)背索斜拉橋是對(duì)常規(guī)斜拉橋造型的突破，無(wú)背索后傾的塔身形狀表現(xiàn)出對(duì)相對(duì)纖細(xì)的橋面強(qiáng)大穩(wěn)固支撐的力量感，給人醒目深刻的感受。在張家壩州河大橋初步設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過(guò)三種方案的比選，最終推薦無(wú)背索斜拉橋方案。在方案比選過(guò)程中，筆者對(duì)各方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析和比較，以期為同行提供參考。

［1］彭旺虎，邵旭東，李立峰，等.無(wú)背索斜拉橋的概念、設(shè)計(jì)與施工［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(5):27－32

［2］李寧.阿深高速開封黃河大橋初步設(shè)計(jì)選型［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009(17):137－139